论文总字数：31715字

摘 要

水泥基材料一直是各种大型基建项目必不可少的材料，但由于其自身的一些特性和各种各样的应用环境，导致水泥基材料会出现一些非预期的缺点，降低材料的耐久性。国内外探讨的一个热点话题是氯离子和硫酸根离子引起的水泥基材料耐久性问题。本论文预制备并研究一种用于吸附氯离子和硫酸根离子的片状六边形Mg-Al水滑石吸附剂，应用于水泥基材料中通过吸附氯离子和硫酸根离子来提高其抵抗氯离子和硫酸根离子的侵蚀性。

本文首先对水滑石类化合物的组成结构、基本性质、制备方法及应用进行了简单介绍。其次，介绍了采用水热法拟合成片状Mg-Al水滑石的制备步骤，采用多种结构分析和微观结构分析手段，阐述了研究合成的水滑石对硫酸根离子和氯离子的吸附能力及优先顺序。实验结果表明：本实验制备的片状镁铝水滑石对氯离子和硫酸根离子具有高效吸附性能，吸附顺序是。然后，研究了将水滑石掺入水泥基材料中，不同掺量的水滑石对硫酸根和氯离子的吸附能力，并对水泥基材料中的水滑石结构进行表征，并评价水滑石的吸附能力。预测期望结果：（1）随着水滑石吸附剂的增加，单位质量的水滑石对离子的吸附量出现递减趋势；（2）在水泥基材料中，水滑石的加入会使混泥土的某些性能发生变化，比如凝结时间缩短，塌落度变小，孔隙率减小和抗压强度增大；（3）水滑石形貌与吸附前相比较，形貌变得更加不规整。最后，通过研究水滑石在水泥基材料中吸附氯离子和硫酸根离子的吸附性能，来了解水滑石对水泥基材料耐久性问题所产生的影响，预测未来水滑石吸附剂在水泥基材料中的市场应用前景，为提高水泥基材料耐久性探索出一种新方法，打破了水滑石吸附剂在水泥基材料中的有限应用。

关键词：水泥 水滑石 氯离子 吸附性能

Adsorption properties of hydrotalcite to ions in cement-based materials

Abstract

Cement-based materials have always been indispensable materials for various large-scale infrastructure projects, but due to some of its own characteristics and various application environments, cement-based materials will have some unexpected shortcomings and reduce the durability of the materials. A hot topic discussed at home and abroad is the durability of cement-based materials caused by chloride and sulfate ions. This thesis pre-prepared and studied a sheet-shaped hexagonal Mg-Al hydrotalcite adsorbent for adsorbing chloride and sulfate ions, which is applied to cement-based materials to improve its resistance to chlorine by adsorbing chloride and sulfate ions The aggressiveness of ions and sulfate ions.

This article first introduces the composition structure, basic properties, preparation methods and applications of hydrotalcite compounds. Secondly, the preparation steps of fitting Mg-Al hydrotalcite by hydrothermal method are introduced. A variety of structural analysis and microstructural analysis methods are used to explain the research on the adsorption capacity and sulfate ion and chloride ion of synthetic hydrotalcite. Priority. The experimental results show that the sheet-shaped magnesium aluminum hydrotalcite prepared in this experiment has high adsorption performance for chloride ion and sulfate ion, and the adsorption order is . Hydrotalcite was incorporated into cement-based materials to study the adsorption capacity of hydrotalcite with different amounts to sulfate and chloride ions, and to characterize the structure of hydrotalcite in cement-based materials and evaluate the adsorption capacity of hydrotalcite. Predicted expected results: (1) With the increase of hydrotalcite adsorbent, the ion adsorption capacity of hydrotalcite per unit mass tends to decrease; (2) In cement-based materials, the addition of hydrotalcite will cause some of the concrete Performance changes, such as shortened setting time, reduced slump, reduced porosity and increased compressive strength; (3) Compared with before adsorption, the morphology of hydrotalcite becomes more irregular. By studying the adsorption properties of hydrotalcite in the adsorption of chloride and sulfate ions in cement-based materials, to understand the impact of hydrotalcite on the durability of cement-based materials, and predict the future market application of hydrotalcite adsorbents in cement-based materials In the future, a new method has been explored to improve the durability of cement-based materials, breaking the limited application of hydrotalcite adsorbents in cement-based materials.

Key Words: Cement; hydrotalcite; Chloride ion; Adsorption performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 水滑石类化合物组成和结构 2

1.3 水滑石类化合物的基本性质 4

1.3.1 层间化学成分的可控性 4

1.3.2 可交换性 4

1.3.3 酸碱双官能度 4

1.3.4 记忆效应 5

1.3.5 热稳定性 5

1.3.6 比表面积和孔结构 5

1.4 水滑石类化合物的制备方法 5

1.4.1 水热法 6

1.4.2 共沉淀法 6

1.4.3 离子交换法 6

1.4.4 焙烧复原法 6

1.5 类水滑石化合物的应用 7

1.5.1 在催化方面的应用 7

1.5.2 在光催化方面的应用 7

1.5.3 在医药方面应用 8

1.5.5 在功能高分子材料方面的应用 8

1.6 研究目的、意义及主要内容 9

1.6.1 研究的目的及意义 9

1.6.2 研究的主要内容 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验仪器和试剂 10

2.2.2 实验试剂 10

2.2 实验方法 11

2.2.1 片状镁铝水滑石制备 11

2.2.2 水滑石焙烧产物制备 11

2.2.3 Mg-Al水滑石在目标离子水溶液中的吸附 11

2.2.4 制备含不同掺量水滑石的水泥基材料 11

2.3 本章小结 12

第三章 结果分析与讨论 13

3.1 片状Mg-Al水滑石的表征 13

3.1.1 SEM分析 13

3.1.2 XRD分析 14

3.1.3 FT-IR分析 14

3.1.4 BET分析 15

3.2 片状Mg-Al水滑石对目标离子的饱和吸附量及吸附顺序 15

3.2.1 片状Mg-Al水滑石对目标离子的吸附量 15

3.2.2 片状Mg-Al水滑石对目标离子的吸附顺序 16

3.3 水泥基材料中水滑石的吸附能力及表征手段 17

3.3.1 不同掺量水滑石对氯离子和硫酸根离子的吸附能力 17

3.3.2 水滑石对水泥基材料的影响 17

3.3.3 水滑石吸附后的形貌特征 18

3.4 本章小结 18

第四章 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 21

致 谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1 研究背景

水泥基材料一直是各种大型基建项目必不可少的材料，但由于其自身的一些特性和各种各样的应用环境，导致水泥基材料会出现一些非预期的缺点，降低材料的耐久性。国内外探讨的一个热点话题是氯离子和硫酸根离子引起的水泥基材料耐久性问题。我国疆域广阔，土地类型多样，使得水泥基材料一直需要面临许多严酷且复杂的环境的考验。LDHs在混凝土中作为一种改性材料的应用尚未得到广泛研究。Raki曾经将LDHs和其他纳米材料结合起来对混凝土进行改性^[1]。一些研究证明LDH可以吸收混凝土中的氯离子并重建LDHs的结构^[2]。混凝土结构如果在海洋环境和内陆地区的盐碱地使用，它不仅会被氯离子或者硫酸根离子中的一种离子腐蚀，还会受到氯离子和硫酸根离子多种离子，多种环境的复合效果，并使混泥土的使用年限得到缩短，耐久性有所减小。Mg-Al水滑石对氯离子和硫酸根离子的吸附，使其达到特殊的平衡状态（氯离子和硫酸根离子的相互作用^[3]），提高了混凝土结构的耐久性，并延长了其使用寿命。因此，开发一种新型的能抑制有害外部介质侵蚀，增加混泥土耐久性的特殊材料，这是一个非常具有实用意义和研究价值的课题。

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